考虑级配和颗粒破碎影响的堆石料临界状态研究

蔡正银¹，李小梅^2,1，韩 林³，关云飞¹

(1. 南京水利科学研究院岩土工程研究所，江苏 南京 210024；2. 同济大学地下建筑与工程系，上海 200092；

3. 河海大学力学与材料学院，江苏 南京 210098)

摘 要：临界状态土力学理论在描述细颗粒土应力变形特性方面较为成功，已经成为建立许多黏土和砂土本构模型的基础。对于堆石料，在应力、密度、级配等因素影响下，其变形特性非常复杂，且高应力条件下颗粒易发生破碎，是否存在“唯一”的临界状态值得探讨。通过对不同级配、不同密度的试样在不同围压条件下的一系列大型三轴剪切试验，研究了堆石料的临界状态及其影响因素。研究发现：不同级配、不同密度、不同初始固结应力条件下，当剪应变较大时试样都趋于临界状态，临界状态的值与初始密度、初始级配、颗粒破碎有关； –平面内，堆石料存在唯一的临界应力比M；在–平面内，临界状态线基本平行，其截距可以根据初始密度和初始级配直接求得。通过对比分析各试样的临界状态，提出了考虑级配和颗粒破碎影响的堆石料临界状态数学表达式。

关键词：堆石料；颗粒破碎；密度；级配；临界状态

药剂真空预压法处理工程废浆试验

武亚军，陆逸天，牛 坤，孙德安

（上海大学土木工程系，上海 200072）

摘 要：将适合于处理大面积高含水率淤泥的真空预压法与用于污水处理的絮凝沉淀法相结合（即药剂真空预压法）应用于工程废浆的固液分离。针对上海某桩基施工现场产生的废弃泥浆采用4种不同的絮凝剂进行了沉降柱试验，并对各自的絮凝效果进行了对比。采用最佳絮凝效果时的絮凝剂和配比，进行了室内药剂真空预压模型试验，试验过程中对出水量和废浆浆面高度进行监测；试验前后进行了含水率、颗粒分布、压汞和扫描电镜试验。试验发现：①废浆含水率从絮凝前的163%，降低到絮凝后的96%，经过真空预压后再降低到37%；②加入絮凝剂后絮体中的黏粒含量减少、粉粒含量增多，即絮凝会使小颗粒长大；③处理后废浆的孔隙率明显下降，沿径向向内逐渐减小。研究表明药剂真空预压法技术可行、效果显著，值得大范围推广。

关键词：药剂真空预压；药剂；废弃泥浆；压汞试验；扫描电镜

黄土地层浸水湿陷对地铁隧道影响试验研究

翁效林¹，王 俊^1，2，王立新^1，2，张玉伟¹

（1. 长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室，陕西 西安 710064；2. 中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西 西安 710067)

摘 要：黄土地层浸水湿陷对地铁隧道结构的影响是较为突出的岩土工程问题之一，为深入研究黄土层湿陷变形对隧道衬砌结构的影响机制，通过改进长安大学离心机浸水装置和监测设备，系统开展了浸水条件下湿陷性黄土层对地铁隧道结构影响的离心模型试验，试验结果表明：地铁隧道周边黄土浸水湿陷会导致土层重度增加，隧道拱顶土层内部拱效应因湿陷而消散，土层自重压力增加且完全由隧道结构承担，从而会导致隧道结构受力和变形不利，传统的深埋隧道结构设计理论需考虑湿陷条件下拱顶土压力的不利增长因素；地铁隧道基底下黄土地基的浸水湿陷会明显诱发隧道结构的附加作用应力，但一定厚度的非湿陷性黄土或有效处理过湿陷性黄土层抵御下伏土体湿陷变形的能力不容忽略，非湿陷土层厚度越大，对于抵御湿陷变形的能力越强；隧道基底土层不均匀浸水湿陷会导致隧道拱顶部呈现受拉状态，底部呈现受压状态，隧道拱顶所承受的附加应力更大，约为拱底附加压应力的3倍，隧道基底的自重湿陷变形对隧道顶部衬砌结构所造成的破坏更严重。

关键词：隧道工程；自重湿陷性黄土；离心模型试验；浸水湿陷；隧道结构

纯主应力轴旋转下饱和软黏土的循环弱化及非共轴性
钱建固^1，2，杜子博^1，2

(1. 同济大学地下建筑与工程系，上海 200092；2. 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室，上海 200092)

摘 要：采用空心圆柱扭剪仪对原状饱和软黏土进行了纯主应力轴旋转应力路径的循环不排水试验，加载过程中维持平均应力、广义剪应力和中主应力系数不变。观测了孔隙水压和各应变分量在循环加载过程中的变化特性，着重探讨了中主应力系数及广义剪应力对变形刚度以及非共轴特性的影响规律。主应力偏转的循环剪切路径下，存在扭转剪切和轴向剪切两种不同的循环应力应变响应。试验结果表明：循环加载路径下饱和软黏土的孔压及应变产生累积效应，应力应变刚度呈现各向异性弱（强）化效应，而应变增量呈现显著的非共轴性；中主应力系数b影响特性表现为，b值越大则刚度弱化越显著。试验观察还发现，剪应力水平较低时循环变形刚度表现为强化，非共轴角趋于增大；反之，剪应力水平较高时，伴随着循环弱化，非共轴角趋于减小。
关键词：主应力轴旋转；循环弱化；非共轴；各向异性；饱和黏土

脆性岩石渐进及蠕变失效特性宏细观力学模型研究

李晓照，邵珠山

(西安建筑科技大学土木工程学院，陕西 西安 710055)

摘 要：压应力作用脆性岩石渐进及蠕变失效特性是其力学性质研究的两个主要研究方向。其对于深部地下开挖围岩稳定性的判断有着重要的指导意义。岩石内部微裂纹扩展对脆性岩石的渐进及蠕变特性有着重要的影响。因此，基于岩石的应力与裂纹扩展关系及裂纹扩张演化法则，并结合宏细观损伤定义之间的关系，提出了一个新的宏细观力学模型，推出了岩石完整的应力–应变关系与蠕变理论表达式。分析了围压对岩石的应力–应变关系的影响。研究了岩石内部初始微裂纹尺寸及裂纹间摩擦系数对应力应变关系及岩石强度的影响。并给出了不同围压下岩石裂纹初始应力与峰值应力，其对蠕变实验中的施加应力初始值选取提供了一定参考。然后，研究了恒定围压、轴压分级加载应力路径下的岩石蠕变应变及应变率变化趋势。通过试验结果验证了理论模型的合理性。进而，对压应力作用下细观裂纹扩展对岩石力学特性影响的理解提供了一定的理论参考。

关键词：宏细观力学模型；应力–应变关系；蠕变；断裂；损伤

堆石料动力残余应变模型研究

王庭博^1，2，傅中志^2，3，陈生水^2，3，韩华强^2，3

（1. 同济大学地下建筑与工程系，上海 200092；2. 南京水利科学研究院岩土工程研究所，江苏 南京 210029；

3. 水利部土石坝破坏机理与防控技术重点实验室，江苏 南京 210024）

摘 要：采用大型静动三轴压缩试验仪，对某面板堆石坝筑坝材料进行了动残余变形试验，研究了砂砾石料和开挖料在循环荷载作用下的残余变形特性及其影响因素。试验资料表明，动荷载作用下第一次循环振动诱发的残余剪应变最大，随着振次增长，剪应变持续增加，在试验设定的振次内，未出现收敛趋势。与之不同，残余体应变在循环荷载作用下有明显的收敛趋势。基于试验结果建立了残余变形与循环振动周次和动剪应变振幅的关系，提出了计算模型。模型共8个参数，均可通过动三轴试验确定，能较好地反映残余应变发展规律。

关键词：堆石料；循环荷载；残余剪应变；残余体应变

柱状节理岩体渗透性模型试验研究

巢志明¹，王环玲^*1，徐卫亚 ²，贾朝军²，夏 季¹

(1. 河海大学港口海岸与近海工程学院，江苏 南京 210098；2. 河海大学岩土工程科学研究所，江苏 南京 210098)

摘 要：针对柱状节理岩体渗透性质的研究较少，开展了柱状节理岩体相似材料的模型试验，研究了柱状节理岩体相似材料在多次围压循环加卸载作用下的渗透性质，分析得出柱状节理岩体存在表征单元体积，可以采用等效连续介质模型分析柱状节理岩体的渗流性质，提出了计算柱状节理岩体渗透率张量的方法，基于张量不变性理论，推导出了柱状节理岩体渗透张量的主渗透系数的计算公式。研究表明：在围压初次加载阶段，柱状节理岩体渗透张量的主渗透系数随围压加载显著降低，在随后的围压循环加卸载阶段主渗透系数保持较低值，围压的加卸载对柱状节理岩体的主渗透系数影响较少，且在每个围压加卸载阶段，柱状节理岩体渗透张量的主渗透系数与围压均呈幂函数关系；柱状节理岩体渗透张量的主方向随着围压加卸载逐渐增大，在初次围压加卸载阶段增长显著，在此后的围压加卸载阶段缓慢增长；柱状节理岩体在低围压下渗透各向异性较为显著，且随着柱体倾角增大渗透各向异性逐渐减弱，在第一次围压加载阶段，随围压增大柱状节理岩体的渗透各向异性迅速减弱，当加载到高围压时，柱体倾角对柱状节理岩体的渗透各向异性几乎没有影响，在此后的围压循环加卸载阶段，柱状节理岩体的渗透各向异性稳定在较低水平，柱体倾角对渗透各向异性的影响很微弱；柱状节理岩体的渗透性质均是在第一次围压加载阶段发生显著变化，且围压卸载后渗透性质不能恢复，此后的围压循环加卸载对其渗透性质影响很小。

关键词：柱状节理岩体；相似材料；渗透性质；各向异性；围压加卸载；模型试验

考虑地基土非线性固结的桩侧负摩阻力计算方法研究

赵明华，胡 倩，杨超炜，黄明华，赵 衡

(湖南大学岩土工程研究所，湖南 长沙 410082)

摘 要：针对软土地基因固结沉降在桩侧引发的负摩阻力问题，从桩土相互作用机理出发，首先，根据软土压缩曲线性质，采用双曲线应力应变模型考虑地基土固结非线性特性，推导了桩侧土沉降随深度和时间变化的计算公式；其次，引入Gibson地基理论考虑地基土的非均质性，结合桩土界面剪应力–剪应变双曲线模型，建立了反映桩土界面剪切刚度系数随深度非线性增长的荷载传递函数。在此基础上，联立桩体平衡方程，获得了桩侧摩阻力、桩身轴力分布和中性点位置。最后，将理论计算曲线与工程实测曲线进行对比，并进一步分析了压缩试验参数、固结度、桩径及桩长、地表堆载对桩侧负摩阻力及中性点位置的影响，结果表明计算方法是可行的，可为类似工程提供参考。

关键词：非线性固结；Gibson地基；双曲线模型；荷载传递；负摩阻力

基于改进后向投影算法的地质雷达探测岩体裂隙的成像方法

李 尧，李术才，刘 斌^*，徐 磊，张凤凯，聂利超

(山东大学岩土与结构工程研究中心，山东 济南 250061)

摘 要：利用地质雷达（GPR）提前识别、探明裂隙对于认识岩体结构、预防岩体灾变十分重要，由于多次反射、绕射等问题，地质雷达对于较复杂裂隙网络的探测结果识别解译困难，后向投影（BP）算法能够获得高分辨的雷达成像，但是传统BP算法成像中杂波干扰严重，降低了地质雷达成像效果和分辨率。据此提出了改进BP算法，利用待成像点在各道上的雷达响应值之间的相关性，通过2次快速互相关操作增强了对其他点的干扰的抑制作用，并采用电磁波衰减补偿系数对地质雷达成像结果进行补偿，实现提高地质雷达的成像效果的目的。针对几种典型的岩体裂隙网络开展了地质雷达正演模拟和基于改进BP算法的成像仿真，同时利用物理模型试验进行了验证，发现利用基于改进的BP算法可以实现对裂隙网络的位置和形态进行成像，与传统的BP算法相比具有更强的干扰抑制效果。

关键词：岩体裂隙；地质雷达；正演模拟；后向投影算法；改进后向投影算法；成像方法

可液化地基电解减饱法处理的电学特性分析
何森凯^{1, 2}，陈育民^{1, 2}，方 志^{1, 2}

(1 河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室，江苏 南京 210098；2 河海大学土木与交通学院，江苏 南京 210098)

摘 要：电解减饱和法是近年来提出的一种处理可液化地基的新方法，通过电解饱和砂土地基中的孔隙水生成气体，达到减小砂土地基饱和度并提高抗液化强度的目的。采用可导电的塑料排水板（EKG）为电极，开展饱和砂土地基在恒定电流下的电解减饱和模型试验，并分析了砂土地基在电解过程中的电学特性。试验结果表明，电解初期饱和度的下降速率与电流强度呈正比；然后饱和度的下降速率变缓；最后饱和度减小到89.5%不再变化，且最终饱和度的大小与电流强度无关。此外，地基的等效电阻随着砂土饱和度的减小而增大，并且对比了孔隙水压力系数B、含气水体积模量K_wa、压缩波速v_p和地基等效电阻等4种评价指标在分析饱和砂土减饱和试验中的适用性，结果表明等效电阻在电解减饱和法中最易测得，且对砂土饱和度的敏感范围更大以及适用于各类试验，因此可将地基等效电阻作为评价砂土减饱和状态的有效指标。

关键词：减饱和法；电解；饱和砂土地基；电流强度；地基等效电阻

横观各向同性层状地基上弹性矩形板的参数研究

艾智勇^1，2，杨轲舒^1，2

(1. 同济大学地下建筑与工程系，上海 200092；2. 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室，上海 200092)

摘 要：根据横观各向同性单层地基的解析层元，结合土体之间的层间连续性条件，得到了横观各向同性层状土体在任意均布荷载下的位移解答。结合弹性矩形板与层状地基表面的位移协调条件和光滑接触条件，推导出横观各向同性地基与弹性矩形板共同作用的解析解。随后编制了相应的Fortran程序进行数值计算，分析了板土刚度比、土体横观各向同性和土体层状特性，模型中各个参数对计算结果的影响。结果表明：板土刚度比、横观各向同性参数m和层状性质参数对计算结果影响更大，横观各向同性参数n和层状性质参数β影响则相对较小。

关键词：横观各向同性；层状地基；解析层元解；弹性矩形板；板土刚度比

南江红层地区缓倾角浅层土质滑坡降雨入渗深度与成因机理研究

张 群¹，许 强²，易靖松³，胥 良¹，马志刚¹

(1. 四川省地质环境监测总站，四川 成都610081；2. 成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，四川 成都610059；

3. 中国地质科学院探矿工艺研究所，四川 成都611734)

摘 要：2011年“9.16”特大暴雨诱发四川省南江县发生数以千计的缓倾角浅层土质滑坡，该类典型滑坡具有滑体厚度集中在1～5 m区域，且总是沿呈“光面”的基覆界面顺层滑动的特殊性。通过设计室内降雨入渗试验、建立G-A入渗模型及考虑大气对土坡的影响计算得大气影响深度，分析滑坡降雨入渗深度，研究滑体厚度分布成因；并根据非饱和土强度理论分析天然状态下及降雨条件下浸润峰分别位于土层中与基覆界面时的斜坡稳定性，研究滑坡沿基覆界面滑动成因。结果表明：南江县红黏土渗透性极低，短时间的强降雨下降雨入渗深度十分有限，一般仅入渗50 cm左右。研究区的大气影响深度为5.37 m，在该深度范围内，雨水易入渗，但随着深度的增加，土体风化程度逐渐减弱，土体孔隙比、渗透性逐渐降低，入渗逐渐困难，直至下覆基岩，降雨过程中雨水入渗深度是导致缓倾角浅层土质滑坡厚度主要集中在1～5 m的原因。在降雨条件下，当浸润峰深度小于土层厚度，潜在滑面位于浸润峰处时，斜坡保持稳定，当浸润峰深度等于土层厚度，潜在滑面位于基覆界面时，界面滞水，水位上升，孔压产生，同时界面岩土体发生软化和润滑作用，界面效应是导致滑坡沿基覆界面这一“光面”顺层滑动的主要原因。

关键词：缓倾角浅层土质滑坡；大气影响深度；降雨入渗深度；成因机理

基于接触面参数反演的格栅式地下连续墙桥梁基础竖向承载特性数值分析

吴九江^1，2，文 华¹，程谦恭^*2，张建磊²，李 艳²

(1. 西南科技大学土木工程与建筑学院，四川 绵阳 621010；2. 西南交通大学地质工程系，四川 成都 611756)

摘 要：格栅式地下连续墙是一种新型的桥梁基础形式，其竖向承载特性研究在国内外尚处于起步阶段。首先，在接触面参数敏感性分析的基础上，提出了一种接触面参数反演的简化分析方法。然后，基于接触面参数反演方法，利用FLAC^3D对日本青森大桥主塔P9基础（六室墙）进行了数值模拟，研究结果表明：数值计算的Q–s曲线与实测曲线基本吻合，从而验证了所提出接触面参数反演方法的正确性；基础的外侧摩阻力沿墙身在深度和宽度方向上表现为空间差异分布，外侧摩阻力在外墙边角位置处的发挥程度最高，且外墙短边的外侧摩阻力发挥程度略高于外墙长边；由于格室数目较多，六室墙内部土芯应力重叠现象严重，即“群墙效应”明显，从而使得内摩阻力的发挥十分有限；在较大荷载下，端部边角位置处会出现较为严重的应力集中现象，在基础设计时应引起重视；在加载过程中，基础的荷载传递特性表现为逐渐由“端承–摩擦墙”向“摩擦–端承墙”转变。

关键词：敏感性分析；接触面参数反演；格栅式地下连续墙；竖向承载特性；FLAC^3D

气体钻井低温破岩机理分析

杨顺吉¹，李 军¹，柳贡慧^1，2

（1. 中国石油大学（北京）石油工程学院，北京 102249；2. 北京工业大学，北京 100124）

摘 要：气体钻井有着较高的机械钻速在很大程度上归因于钻头水眼处的焦耳–汤姆森低温效应。这种效应对井底岩石产生了热冲击应力，使得井底岩石的强度降低，进而促进了机械破岩的作用。首先建立了非对称冷却条件下井底岩石的温度场的分布模型，并以此建立了井底岩石三维动态热应力分布模型，对气体钻井井底热冲击应力进行了深入的剖析。其次，通过莫尔–库仑准则，对岩石的黏聚力变化进行了分析，得出随着冷却时间的加长，岩石强度迅速降低，有利于岩石的破坏。最后，为验证理论模型，对砂岩岩样进行液氮冷却试验，并对其进行声波实时测量，声波的首波波幅也有明显的延迟，说明冷却处理对岩心内部结构产生了很大影响。

关键词：气体钻井；低温；热应力；莫尔–库仑准则；声波试验

对粗粒料4种级配缩尺方法的统一解释

郭万里^1，2，朱俊高^1，2，温彦锋³

(1. 河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室，江苏 南京 210098；2. 江苏省岩土工程技术工程研究中心，河海大学，江苏 南京210098；

3. 中国水利水电科学研究院岩土工程研究所，北京 100038)

摘 要：利用连续级配土的级配方程，对规范建议的剔除法、相似级配法、等量替代法和混合法缩尺后的级配计算进行了理论推导，并得出了一个统一的计算方程，同时揭示了该方程的4个参数d_max，b，m和C与原级配方程参数d_0max，b₀和m₀之间存在的定量关系。结果表明：4种方法的新参数m=m₀，剔除法和相似级配法C=0，剔除法和等量替代法b=b₀×/100，等量替代法C与和细颗粒含量P₅有关；与规范相比，可以简化级配缩尺计算，特别是对于混合法，可以先直接确定缩尺后的细颗粒含量P₅，通过一次计算即可得到缩尺后的级配方程，且其参数b和C都与所确定的P₅有关；缩尺后的统一方程揭示了各缩尺后的级配参数与原级配参数间的关系，在一定程度上使得定量、系统地研究缩尺效应成为可能。最后，利用该统一方程对糯扎渡堆石料的4种缩尺级配进行了计算演示，本方法与按规范计算结果基本一致。

关键词：粗粒料；缩尺计算；级配方程；缩尺效应

不同加载速率下岩爆碎块耗能特征试验研究

苏国韶，陈智勇，蒋剑青，莫金海，石焱炯

(广西大学土木建筑工程学院工程防灾与结构安全教育部重点实验室，广西 南宁 530004)

摘 要：利用自主研发的真三轴岩爆试验系统，以红色粗晶花岗岩作为岩石长方体试件，开展了不同加载速率的应变型岩爆室内模拟试验，在提出一种岩爆碎块单位面积表面能测定方法的基础上，结合应力–应变曲线分析，实现了岩爆碎块耗能组成的定量化分析，进而探讨了不同轴向加载速率下岩爆碎块的耗能特征。研究结果表明：①在单面临空真三轴压缩条件下，只有在足够大的轴向加载速率下，岩样集聚一定的弹性应变能并通过岩板劈裂以及潜在岩爆坑等岩爆碎块的形成耗散适当能量，岩爆弹射破坏才可能发生；②在0.5～30 kN/s加载速率范围内，随着加载速率的增大，碎块破碎程度呈降低趋势，碎块耗能呈线性减小趋势；③不同加载速率下的岩爆碎块中，片状粗粒碎块主要来自岩爆坑表面，主要为张拉破坏所致，棱块状的中粒碎块、细粒碎块，粉末状的微粒碎块主要来自岩爆坑内部，主要为剪切破坏所致；④不同加载速率下，岩爆碎块耗能均以剪切耗能为主，剪切耗能的百分比达到97%～99%。

关键词：岩石力学；岩爆；加载速率；能量耗散；真三轴试验

均质土中钢顶管顶进稳定性的能量法分析

邵光辉，苏 毅，赵志峰

(南京林业大学土木工程学院，江苏 南京210037)

摘 要：顶管作为一种非开挖技术，越来越多地应用于各种地下管线工程。钢顶管在顶进过程中，如果顶力控制不当，可能发生轴向整体屈曲，从而导致管体结构失稳破坏。针对这一问题，考虑管周土体的约束、管–土摩阻力以及轴线偏差引起的初弯曲等作用，建立并求解了均质土中钢顶管在轴向顶力作用下的能量方程，获得了临界顶力荷载的解析解。然后，从轴线偏差、管周土体地基反力系数、管–土摩阻力方面分析了钢顶管轴向整体稳定系数的变化规律。钢顶管轴向整体稳定系数随长细比增大而减小，轴线偏差显著降低了钢顶管的轴向整体稳定性。顶管周围土体的约束作用增大了钢顶管轴向整体稳定性。管土摩阻力对钢顶管的轴向整体稳定性影响很小，可以忽略不计。均质土中的钢顶管轴向稳定性规律不同于一般的钢结构，临界顶力荷载解析解可以为钢顶管设计提供依据。

关键词：钢顶管；轴线偏差；初弯曲；整体稳定；能量法

微波辅助机械破岩试验和理论研究进展

卢高明¹，李元辉^*1，HASSANI Ferri²，张希巍¹

（1. 深部金属矿山安全开采教育部重点实验室，辽宁 沈阳 110819；2. 麦吉尔大学采矿与材料工程系，魁北克 蒙特利尔 H3A2A7）

摘 要：微波辅助机械破岩是微波加热技术和机械破岩技术相结合的一种混合型破岩方法。岩石内不同矿物成分对微波能具有不同的吸收特性，各矿物不同的热膨胀产生的内应力使岩石内发生沿晶断裂和穿晶断裂，使试样产生损伤和微裂纹，这会引起岩石强度的降低。辐射功率和辐射时间是影响岩石力学特性的重要参数，一定功率的微波辐射处理后，试样的点荷载强度、单轴抗压强度和抗拉强度发生显著降低，微波功率越高，辐射时间越长，对试样强度的折减效果越明显。数值研究结果与试验研究结果基本一致，增加功率的同时降低辐射时间对试样强度折减具有更好的效果。岩石点荷载强度、单轴抗压强度和抗拉强度的降低能够显著提高机械破岩设备刀具的侵入率和刀具寿命，解决机械刀具的磨损问题。微波辅助机械破岩对钻孔、TBM掘进和实现金属矿矿岩连续开采都具有重要影响作用。

关键词：微波辅助破岩；岩石破碎；TBM；强度折减；连续采矿

基于透明土的取土管贯入扰动变形试验研究

吴跃东^1，2，罗如平³，刘 坚^1，2，杨 冬^1，2

(1. 河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室，江苏 南京 210098；2. 江苏省岩土工程技术工程研究中心，江苏 南京 210098；

3. 同济大学地下建筑与工程系 上海 200092)

摘 要：在岩土工程勘察取样过程中，取土管的贯入会引起土体的扰动变形，影响到对土体物理力学性质的准确评价。为了研究取土管贯入过程中土体扰动变形特性，基于透明土及PIV技术，开发了相应的取土管贯入模型试验系统，进行了取土管的贯入试验，得到了在取土管贯入过程中土体扰动变形场的分布特性。试验结果表明：土体扰动变形随着取土管贯入深度增大而增大，管外土体主要表现为斜向上的隆起变形；管内土体主要为向上的隆起变形，在深度方向最大变形位于取土管中间部位；不同截面处土体其变形规律基本一致，截面间土体剪切变形较小。

关键词：取土管；扰动变形；取土贯入；透明土；PIV技术

上覆水平煤层采空区衬砌受荷模型试验研究
方 勇¹，姚志刚¹，符亚鹏^1,2，徐 晨¹

（1. 西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室，四川 成都 610031；2. 中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西 西安 710043）

摘 要：隧道近接上覆水平采空区地层施工易扩大上覆围岩松动范围，增大松动荷载，为探明隧道衬砌结构受荷特性，采用室内相似模型试验量测了上覆水平煤层采空区地层隧道二次衬砌结构内力（轴力、弯矩），分析了不同边界压力作用下位移、轴力和弯矩的变化情况和特定压力下间距对二次衬砌受力的影响。结果表明：上覆采空区对洞周位移和二衬内力造成了一定影响，采空区底板与隧道间距越小，位移越大，当竖向压力为1000 kPa时，与无采空区工况相比，0.5D工况最大位移增加93.73%，1.0D工况增加27.90%；弯矩和轴力的增加越明显，当竖向压力为500 kPa时，与无采空区工况相比，间距0.5D工况最大弯矩增加139.68%，间距1.0D工况最大弯矩增加34.39%，采空区的存在导致轴力分布形态变化较大，间距0.5D工况平均轴力增加78.39%，间距1.0D工况平均轴力增加37.81%；最大偏心距出现在仰拱部位，承载能力相对较低，是隧道主体结构的薄弱环节；二次衬砌仰拱位置最先开裂，煤层采空区对裂缝展开顺序有一定影响。
关键词：上覆煤层采空区地层；模型试验；受荷特性

论土骨架与渗透力

李广信

（清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室，北京 100084）

摘 要：指出了土骨架的定义、成分即所占据的空间；认为土力学就是研究土骨架的力学性质及其影响因素的学科。用大量的例子，形象地说明土骨架的溃散所造成的严重后果。从土的颗粒出发解释了土中水的渗透力的机理，推导了渗透力的计算公式。特别指出，通常所谓的“渗透力就是渗透水流对于土骨架的拖曳力”的说法是不全面的。

关键词：土骨架；溃散；渗透力；推力

制样方法对非饱和土力学特性的影响

高 游，孙德安^*

(上海大学土木工程系，上海 200444)

摘 要：以一种非膨胀性黏土为试验材料，对孔隙比相近的非饱和压实试样和预固结试样进行一系列等吸力控制下的等向压缩试验和三轴剪切试验，研究了制样方法对非饱和土的压缩特性和剪切特性的影响。由等吸力等向压缩试验结果表明：初始孔隙比相近的预固结样和压实样在等向净应力20 kPa条件下进行等吸力平衡，平衡过程中预固结试样的孔隙比明显减小而压实样的变化不大；其原因是两种试样的初始吸力和土结构存在差异。此外，预固结样和压实样在吸力150 kPa条件下，预固结样的含水率随着等向净应力的增大而减小，而压实样的含水率几乎不变。上述变形特性可用SFG弹塑性模型说明。在净围压和吸力相同条件下对剪切前孔隙比相同的两种试样进行了三轴剪切试验，试验结果表明：在剪切前的密度、剪切时的吸力和净围压相同条件下，预固结样的偏应力–应变曲线和强度明显高于压实试样的曲线和强度。其原因可用两种试样的孔隙尺寸分布不同来解释。

关键词：非饱和土；预固结试样；压实样；力学特性

不等轴双向拉应变下有纺织物孔径变化试验研究

唐 琳¹，唐晓武²，王 艳³，白 彬²

(1. 哈尔滨工业大学（威海），山东 威海 264209；2. 浙江大学建筑工程学院滨海和城市岩土工程研究中心，浙江 杭州310058；

3. 宁波大学建筑工程与环境学院，浙江 宁波315000)

摘 要：有纺土工织物的孔径特征是反滤设计的重要指标。工程中有纺织物常处于不等轴双向受拉状态，引起孔径变化，导致织物反滤性能失效。采用数字图像法测试了不等轴双向拉应变下，3种条膜有纺织物的孔径参数变化，包括孔洞长宽比、开孔面积率、等效孔径（O₉₅）等。对比经纬向应变比2∶1，3∶1，4∶1对试验结果的影响，根据孔径特征变化规律，揭示不等轴双向拉伸引起孔径变化的机理。运用图像法试验结果，验证已推导的双向应变下开孔面积率及孔径理论解。试验结果表明：开孔面积率、等效孔径（O₉₅）均随双向拉应变的增大而增大。纬向应变相同时，经纬向应变比越大，孔洞形态（即孔洞长宽比）变化越大，开孔面积率及孔径变化的斜率越大。理论解较好地预测了开孔面积率及孔径的变化率及数值，孔径参数与双向拉应变呈现近似线性关系。但理论解的孔径计算以孔面积为指标，无法考虑应变比造成的孔形态变化对反滤作用的影响。

关键词：有纺织物；孔径特征；不等轴双向拉应变；孔洞长宽比；数字图像法

冲击煤层煤柱变形与地面建筑物保护关系研究

张 明¹，姜福兴^*1，李克庆¹，翟明华²，苗传靠³，杨根地³，张俊飞¹

(1. 北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京 100083；2. 山东能源集团有限公司，山东 济南 250014；

3. 枣庄矿业集团高庄煤业有限公司，山东 济宁 277605)

摘 要：保护煤柱合理宽度（或停采位置）是确保地面重要设施长期稳定的关键。以山东某矿地面引水渠（“南水北调”工程组成部分）下不规则下山保护煤柱宽度设计为工程背景，首先，通过分析煤柱变形可能引起地面建（构）筑物的破坏方式，提出了控制长期高应力作用下冲击煤层煤柱变形的原则：①走向方向煤柱不发生冲击失稳破坏；②走向方向煤柱不发生煤体长时强度降低而导致的失稳破坏；③倾斜方向煤柱保持均匀变形，从而使地面不发生明显拉伸破坏。其次，依据煤柱上方覆岩空间结构形式，建立了煤柱应力估算模型，提出了保持煤柱长期稳定及地面建筑安全的煤柱设计方法。最后，应用研究成果，分析了工程案例的煤柱应力、围岩稳定性和变形特征，并对该引水渠工程和井下开采设计进行了安全评估。该研究成果对类似开采条件下的保护煤柱宽度确定具有指导意义。

关键词：采矿工程；冲击煤层；煤柱变形；覆岩空间结构；冲击失稳；均匀变形